超聲波脈沖反射法探測(cè)輥身幾何形狀

超聲波脈沖反射法探測(cè)輥身幾何形狀

超聲脈沖反射法用于鑄造輥的超聲檢測(cè)。在進(jìn)行全軸向穿透時(shí),軋輥的特殊幾何形狀引起了超聲波的變型、反射和衍射,產(chǎn)生了與缺陷顯示相混淆的非相關(guān)顯示,從而影響了探傷工作的順利進(jìn)行,甚至引起錯(cuò)判和誤判,造成經(jīng)濟(jì)損失。1試驗(yàn)確定與非相關(guān)指示的位置1.1輥頸尺寸試驗(yàn)系統(tǒng)(1)選擇優(yōu)質(zhì)鑄鋼軋輥為研究對(duì)象,要求軋輥的表面粗糙度≤6.3μm。(2)測(cè)出軋輥各部位尺寸(圖1),即輥頸直徑d1、輥身直徑d2、輥頸長(zhǎng)度L1、輥身長(zhǎng)度L2和軋輥全長(zhǎng)L。(3)連接USM3S探傷儀和B0.5SL探頭,接通電源,待性能穩(wěn)定后即可進(jìn)行試驗(yàn)。(4)根據(jù)輥身直徑d2在輥身上調(diào)節(jié)好水平線性比例。(5)進(jìn)行全軸向穿透,讀出非相關(guān)顯示的位置,并記錄。1.2輥身或輥身底波統(tǒng)計(jì)大量的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),軋輥全軸向穿透時(shí)有三處非相關(guān)顯示,它們位于輥身的變徑附近以及另一端的輥徑上,如圖2所示,E1,E2和E3表示非相關(guān)反射信號(hào),其聲程相當(dāng)于輥身的位置(圖2),圖中B1為輥身底波,B2為全軸向底波。對(duì)不同規(guī)格的軋輥進(jìn)行批量試驗(yàn),得出各類(lèi)軋輥非相關(guān)顯示的位置,見(jiàn)附表。2u3000輥身底波后置波3和3位置非相關(guān)顯示是由于超聲波的傳播特性引起的。在變徑附近產(chǎn)生E1是由于超聲波具有繞射特性,當(dāng)超聲波到達(dá)變徑位置時(shí),會(huì)發(fā)生繞射,從而使側(cè)面產(chǎn)生回波,即非相關(guān)顯示E1,如圖3。繞射角度β與變徑曲率半徑D有關(guān)β=70D(rad)(1)β=70D(rad)(1)E2,E3在輥身底波B1和全軸向底波B2之間產(chǎn)生,即在另一端輥頸上產(chǎn)生。它們是由狹長(zhǎng)工件側(cè)壁造成波型轉(zhuǎn)換而使輥身底波后置引起的,多次波型轉(zhuǎn)換后的輥身后置波會(huì)落在全軸向底波之后,這時(shí)無(wú)須考慮。另外,由于工件狹長(zhǎng),波型轉(zhuǎn)換位置的前后聲程的影響可以忽略。如圖4所示,聲波在直徑為d的狹長(zhǎng)工件內(nèi)傳播,假設(shè)在A點(diǎn)發(fā)生全反射,由反射定律可得sinαsinθ=CSCLsinαsinθ=CSCL式中CL——工件中的縱波聲速CS——工件中的橫波聲速由于工件狹長(zhǎng),θ→90°,則sinα≈CSCLsinα≈CSCL由于在AB段內(nèi)傳播橫波所用時(shí)間t1為t1=ABCSt1=ABCS又由于AB=d/cosα,則t1=dCS?cosα=dCS1?sin2α√=dCS1?(CSCL)2√t1=dCS?cosα=dCS1-sin2α=dCS1-(CSCL)2當(dāng)聲波直接到達(dá)工件底面時(shí),在CB段所用時(shí)間t2為t2=d?tgαCL=d?sinαCL?cosα=d?CSC2L1?(CSCL)2√Δt=t1?t2=dCS1?(CSCL)2√?d?CSC2L1?(CSCL)2√=dCS1?(CSCL)2√=dCL(CLCS)2?1√t2=d?tgαCL=d?sinαCL?cosα=d?CSCL21-(CSCL)2Δt=t1-t2=dCS1-(CSCL)2-d?CSCL21-(CSCL)2=dCS1-(CSCL)2=dCL(CLCS)2-1其置后聲程為S=CL×Δt2=dCL(CLCS)2?1√×CL2=0.5d(CLCS)2?1?????????√(2)S=CL×Δt2=dCL(CLCS)2-1×CL2=0.5d(CLCS)2-1(2)取鋼中的聲波CL=5900m/s,CS=3230m/s,代入式(2)得S=0.76d(3)S=0.76d(3)將輥頸直徑d1、輥身直徑d2分別代入式(3)可得到軋輥輥身底波的后置波E2和E3的位置。E1的位置可按聲波到變徑處并發(fā)生圓周繞射所經(jīng)歷的總聲程來(lái)計(jì)算,即LE1=L1+(d2?d1)×π4(4)LE1=L1+(d2-d1)×π4(4)改變聲波頻率和發(fā)射重復(fù)頻率對(duì)以上討論的非相關(guān)顯示沒(méi)有影響,但其它某些非相關(guān)顯示如幻象波(phantasmwave)、假信號(hào)等一般與聲波頻率和發(fā)射重復(fù)頻率有關(guān),本文不再進(jìn)行討論。3非相關(guān)證明的確認(rèn)3.1果進(jìn)行對(duì)比附通過(guò)計(jì)算得出各類(lèi)軋輥非相關(guān)顯示的位置,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(附表)?？芍?E2和E3的位置是相吻合的,但由于變徑的曲率直徑難以確定,使E1的位置計(jì)算誤差較大,但可從理論上確定產(chǎn)生非相關(guān)顯示的位置。3.2輥身表面核心顯示利用一發(fā)一收兩個(gè)探頭進(jìn)行探傷,將發(fā)射探頭置于輥頸端面,接收探頭先后置于輥身表面和輥身端面B1處,輥身表面會(huì)接收到一個(gè)信號(hào),它代表著E1;同時(shí)輥身端面B1處會(huì)接收到三個(gè)信號(hào),它們分別代表底波B1和非相關(guān)顯示E2,E3。當(dāng)用反射法探傷發(fā)現(xiàn)非相關(guān)顯示時(shí),用油刷拍打變徑處的輥身表面,E1會(huì)隨之跳動(dòng);拍打輥身端面時(shí),E2,E3也會(huì)隨底波B1跳動(dòng),則可證明E1,E2和E3為非相關(guān)顯示。否則,E1為輥身缺陷顯示,E2,E3為輥頸缺陷顯示。4非相關(guān)顯示(1)非相關(guān)顯示分別在軋輥E1,E2和E3位置出現(xiàn)(圖2),可根據(jù)軋輥規(guī)格準(zhǔn)確計(jì)算出它們出現(xiàn)的位置。(2)非相關(guān)顯